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盾构刀具外形和布置的正确选择
2017/7/17 10:20:20

     影响盾构机工作的因素较多,盾构机刀盘扭矩系数是盾构机设计的一个重要参数,除此以外,刀盘刀具的外形和刀具布置也是重要一个因素。盾构刀具的布置和刀具外形在盾构机设计中是非常重要的内容。刀具布置方式及刀具外形是否适合 应用工程的地质条件,直接影响盾构机的切削效果、出土状况和掘进速度。       

      刀具布置对于全断面切削的辐条式刀盘,从盾构机的发展历史看,刀具布置有两种方式:第一种为刀 具整体连续排列方式,因其切削阻力较大,盾构机密封舱内土体流动性差,现已很少使用,仅偶 然在切削阻力小的淤泥质地层中采用;第二种为刀具牙型交错连续排列方式,因其切削阻力小、切削效率高、密封舱内土体流动性好和易搅拌而被广泛使用。目前世界上基本均采用牙型交错连 续排列方式。我集团公司采购的盾构机,其刀具布置就是采用该方式。 根据北京市地铁隧道施工中可能碰到的三种主要地质条件,刀具布置时应按照牙型交错连续 排列的原理, 确保盾构机刀具的切削轨迹布满开挖全断面; 另针对不同切削要求(包括不同地质的 要求),需设置切削刀、超前刀、盘圈贝型刀、鱼尾刀、仿型刀等几种刀具。       

      刀具外形及其作用如前所述,刀具的外形必须适应施工地质的特点,并且刀具在切削断面不同的位置其作用及 要求均不同,因此应对刀具进行设计。针对北京地铁隧道穿越三种主要地层的特点,刀具设计时 应考虑以下几个要素。 ①刀具在砂、砂卵石地层中的切削效率,即如何减少切削阻力,保证切削土体的流动性。 ②通过刀具外形的改变,减少刀具掘进磨损,提高刀具的耐久性。 ③适应 365JT 城市繁华地区施工的需要,尽可能减少刀盘旋转刀具切削土体过程对周边土体 及环境的干扰,如振动、噪音等。 ④如何从材料和设计方面,对解决盾构机在砂卵石地层掘进时刀具的磨损(包括撞击掉块等) 提出切实可行的措施,保证盾构机刀具长距离掘进的可靠性。       

      目前盾构刀具按切削原理划分,一般公认有滚刀和切削刀两种类型(根据隧道围岩性质不 同、切削目的不同,这两类刀具还可进一步细分)。滚刀的切削原理主要是刀具依靠挤压破岩,一 般用于岩石隧道的掘进。当虽然穿越松散地层但有大粒径的砾石(粒径大于 400mm)、并且含量达 到一定比例时,也可采用滚刀型刀具。另在隧道地质条件复杂多变、岩石(强度不算太高)与一般 土体(或粘土或砂土)交错频繁出现的情况,也有可能采用滚刀型刀具,即在复合式盾构机中采用。 切削刀的切削原理则主要是盾构机向前推进的同时,刀具随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向 (沿隧道前进方向)剪切力和径向(刀盘旋转切线方向)切削力, 不断将开挖面前方土体切削下来。 切 削刀一般适用于粒径小于 400mm 的砂卵石、砂土、粘土等松散体地层。